基于分子动力学算法的材料拉伸虚拟仿真实验设计
The Design of the Material Stretch Virtual Simulation Experiment Based on Molecular Dynamics Algorithm
摘要: 拉伸实验在材料力学教学过程中占有重要的地位，科学设计基于物理算法的教学辅助系统不但有助于丰富实验内容也有利于提高教学质量。基于铜的EAM嵌入原子势函数，采用分子动力学算法构建FCC结构铜单晶模型模拟铜的单轴拉伸实验，通过输出应力–应变曲线和三维可视化原子位置的演化、原子受力等数据直观向学生展示了铜拉伸过程中微观结构的变化。通过外推实验模型和极限实验条件，可丰富实验教学内容、提高教学质量、培养学生的创新意识和探索精神。
Abstract: Material stretching experiment plays an important role in the teaching process of materials aes-thetics, and scientific design of teaching aids based on physical algorithms not only helps to enrich the experimental content but also helps to improve the quality of teaching. Based on the EAM embedded atomic potential function of copper, this paper simulates the single-axis extrusion experiment of copper by constructing the single crystal model of FCC structure using molecular dynamics algorithm, and shows the changes of microstructure in the process of copper extrusion by output stress-strain curve and three-dimensional visual atomic position evolution, atomic force and other data. Through extrapolated experimental model and extreme experimental conditions, we can enrich the experimental teaching content, improve the teaching quality, cultivate students’ innovative consciousness and exploration spirit.
文章引用：杨亮, 战光辉, 林仕伟. 基于分子动力学算法的材料拉伸虚拟仿真实验设计[J]. 创新教育研究, 2021, 9(3): 725-731. https://doi.org/10.12677/CES.2021.93119

参考文献

[1] 张晓亮, 武春霞, 杨文姝, 王彦明. 工程教育专业认证背景下材料力学性能课程教学改革研究[J]. 广东化工, 2020, 47(22): 182-183.
[2] 李江, 王泓, 张程煜, 王永欣. 材料的力学性能核心实验课程建设与实践教学探索[J]. 高教学刊, 2020(19): 115-117, 121.
[3] 邹俊俊, 冯岩, 张佩, 卫海. 基于虚拟仿真技术的材料力学实验课程改革[J]. 科技经济导刊, 2020, 28(26): 127-128.
[4] 谭家亮. 典型复合材料翼盒弯曲稳定性分析与虚拟实验设计[D]: [硕士学位论文]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2020.
[5] 安军, 曾霞光, 范劲松, 苏崇生, 冯志源. 材料力学课程虚拟仿真实验系统的开发及应用[J]. 装备制造技术, 2020(2): 166-169.
[6] 耿志挺, 陈学军. 材料力学虚拟仿真实验系统的设计与开发[J]. 实验室研究与探索, 2019, 38(5): 98-101.
[7] 李霞. 材料力学虚拟仿真实验系统的开发[J]. 实验技术与管理, 2016, 33(12): 125-127.
[8] 顾永强, 张洋洋, 杨霖. MATLAB环境下振动力学虚拟教学实验软件的开发[J]. 科技信息(科学教研), 2007(32): 59-60.
[9] 石庆贺, 陈菊芳, 胡可军, 杨亮, 韩文钦, 朱福先, 杨超. 基于有限元软件的材料力学课堂实例探究[J]. 广东化工, 2020, 47(20): 189-190, 175.
[10] 周莹, 蔡燕飞, 巩凯, 史劲松. 疫情间的实践课程虚拟仿真线上教学探索[J]. 实验室研究与探索, 2020, 39(11): 119-122, 128.
[11] 高雪超, 汤吉海. 建设化工类国家虚拟仿真实验教学项目的实践和探索[J]. 化工高等教育, 2020, 37(6): 93-96.
[12] Plimpton, S. (1995) Fast Parallel Algorithms for Short-Range Molecular Dynamics. Journal of Computational Physics, 117, 1-19. [Google Scholar] [CrossRef] 
[13] 聂宁明, 胡长军, 张云泉, 贺新福, 张博尧, 李士刚. 材料微观结构演化大规模分子动力学软件比较[J]. 计算机科学与探索, 2017, 11(3): 355-364.
[14] Foiles, S.M., Baskes, M.I. and Daw, M.S. (1988) Erratum: Embedded-Atom-Method Functions for the FCC Metals Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt, and Their Alloys. Physical Review B, 37, 10378. [Google Scholar] [CrossRef] 
[15] Stukowski, A. (2010) Visualization and Analysis of Atomistic Simulation Data with OVITO—The Open Visualization Tool. Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering, 18, 015012. [Google Scholar] [CrossRef] 
[16] 梁海弋, 王秀喜, 吴恒安, 王宇. 纳米多晶铜微观结构的分子动力学模拟[J]. 物理学报, 2002, 51(10): 2308-2314.

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